La cellule en verre qui sert de composant quantique du radar est pleine d’atomes de césium maintenus à température ambiante. Les chercheurs utilisent des lasers pour amener chaque atome de césium individuel à gonfler à presque la taille d’une bactérie, environ 10 000 fois plus grande que la taille habituelle. Les atomes dans cette condition gonflée sont appelés atomes de Rydberg.
Lorsque les ondes radio entrantes frappent les atomes de Rydberg, ils perturbent la distribution des électrons autour de leurs noyaux. Les chercheurs peuvent détecter la perturbation en brillant des lasers sur les atomes, ce qui les a fait émettre de la lumière; Lorsque les atomes interagissent avec une onde radio, la couleur de leur lumière émise change. La surveillance de la couleur de cette lumière permet donc d’utiliser les atomes comme récepteur radio. Les atomes de Rydberg sont sensibles à un large éventail de fréquences radio sans avoir besoin de changer la configuration physique, explique Michał Parniak, physicien à l’Université de Varsovie en Pologne, qui n’a pas été impliqué dans les travaux. Cela signifie qu’un seul dispositif radar compact pourrait potentiellement fonctionner aux plusieurs bandes de fréquences nécessaires pour différentes applications.
L’équipe de Simons a testé le radar en le plaçant dans une pièce spécialement conçue avec des pointes de mousse sur le sol, le plafond et les murs comme les stalactites et les stalagmites. Les pointes absorbent, plutôt que de réfléchir, presque toutes les ondes radio qui les frappent. Cela simule l’effet d’un grand espace ouvert, permettant au groupe de tester la capacité d’imagerie du radar sans réflexions indésirables hors des murs.
Matt Simons, nist
Les chercheurs ont placé un émetteur à vagues radio dans la pièce, ainsi que leur récepteur d’atomes Rydberg, qui était connecté à une table optique à l’extérieur de la pièce. Ils ont visé des ondes radio sur une plaque de cuivre de la taille d’une feuille de papier, de quelques tuyaux et d’une tige en acier dans la pièce, chacune placée jusqu’à cinq mètres de distance. Le radar leur a permis de localiser les objets à moins de 4,7 centimètres. L’équipe a publié un article sur la recherche sur le serveur de préparation Arxiv fin juin.
Le travail se rapproche du radar quantique d’un produit commercial. «Il s’agit vraiment de rassembler des éléments d’une manière agréable», explique Parniak. Alors que d’autres chercheurs ont précédemment démontré comment les atomes de Rydberg peuvent fonctionner en tant que détecteurs d’ondes radio, dit-il, ce groupe a intégré le récepteur avec le reste de l’appareil plus élégant qu’auparavant.
D’autres chercheurs ont exploré l’utilisation des atomes de Rydberg pour d’autres applications radar. Par exemple, l’équipe de Parniak a récemment développé un capteur d’atomes Rydberg pour mesurer les fréquences radio pour dépanner les puces utilisées dans le radar de voiture. Les chercheurs explorent également si le radar utilisant des récepteurs de Rydberg-Atom pourrait être utilisé pour mesurer l’humidité du sol.
Cet appareil n’est qu’un exemple de capteur quantique, un type de technologie qui intègre des composants quantiques dans des outils conventionnels. Par exemple, le gouvernement américain a développé des gyroscopes qui utilisent les propriétés des vagues des atomes pour détecter la rotation, ce qui est utile pour la navigation. Les chercheurs ont également créé des capteurs quantiques en utilisant des impuretés dans le diamant pour mesurer les champs magnétiques dans, par exemple, des applications biomédicales.
Sur le même sujet
